[发明专利]一种利用气体压差作用实现浮动的自同心密封件及其安装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用气体压差作用实现浮动的自同心密封件及其安装方法，属于旋转机械密封领域。

背景技术

迷宫密封不受旋转速度、温度和压差限制，因此广泛应用于压气机、汽轮机、燃气轮机、航空发动机等透平设备。但是迷宫密封也有自身难以克服的缺陷，一般需预留足够大的间隙，以尽量避免因转子偏心、过临界转速等可能造成的碰磨；即便如此，迷宫密封也常常因为瞬态的碰磨而导致间隙永久性扩大。

传统的浮动密封主要依靠转子高速转动形成的液膜浮力保持与转子的非接触状态，可用以密封气体和液体(主要指粘度较高的液体，如油类)。但是密封气体时，浮动密封件中应充满润滑油(如发电机轴端用于密封氢气的密封瓦)，以利于密封和润滑，因此需额外增加一套油路系统。

传统浮动密封的主要应用局限在于其一般不适用于高温气体的密封；在某些特殊场合，虽然通过选取特殊材料(如石墨)，允许与转子直接接触而不需要辅助密封油，但也有较为严苛的适用线速度和温度的限制。由于气体的粘度较小，形成动压气膜需要极高的转速或线速度，因此即使应用于高温气体的密封，浮动密封与转子表面一般也处于干摩擦状态，不利于其长久保持稳定的密封性能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种利用气体压差作用实现浮动的自同心密封件及其安装方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用气体压差作用实现浮动的自同心密封件，包括主密封环、周向隔片、减摩滚珠和滚珠保持环；主密封环为迷宫密封结构，具有至少两道密封齿，密封齿与转子之间形成的密封间隙不完全相等，且低压侧密封间隙不大于高压侧密封间隙；周向隔片把主密封环的密封齿沿周向分成6～60等份，使迷宫密封腔呈袋式结构，形成多个齿腔；滚珠保持环与主密封环配合，在低压侧形成容纳减摩滚珠的圆周轨道，减摩滚珠尽量填满圆周轨道。上述主密封环沿周向具有多个径向割缝，割缝宽度稍大于周向隔片厚度，周向隔片沿径向插入其中，且周向隔片高度不小于低压侧最后一个密封齿高度。

优选的，所述主密封环密封齿的数量为2～10道，所有密封齿均同心，且低压侧最后一个密封齿内径比转子外径大两倍左右的转子振动幅值，高压侧第一个密封齿内径比转子外径大3～5倍转子振动幅值。

优选的，所述主密封环割缝宽度为1～10mm，且割缝宽度比周向隔片厚度大0.02～0.2mm，并采用钎焊技术完全填充配合间隙，从而使周向隔片与主密封环连接成一个整体。

优选的，所述周向隔片高出低压侧最后一个密封齿0.02～0.1mm，以保证密封件短暂不满足浮动条件时，转子表面仅与周向隔片接触，而不磨损密封齿，从而保证即使短暂碰磨，密封特性也不发生改变。

优选的，所述周向隔片采用具有自润滑特性且硬度较低的材料制成，优选石墨和C/C复合材料(C/C复合材料是指以炭纤维或其织物为增强相，以化学气相渗透的热解炭或液相浸渍－炭化的树脂炭、沥青炭为基体组成的一种纯炭多相结构)。

优选的，所述减摩滚珠采用具有自润滑特性且硬度较高的材料制成，优选氮化硅陶瓷和氧化锆陶瓷。

优选的，所述主密封环和滚珠保持环一般采用金属材料制作，但为了减轻本发明密封件的总重量，以增强密封件的浮动响应特性，也可以采用满足工况要求的特殊材料，如石墨、C/C复合材料、氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷等。

优选的，所述减摩滚珠凸出主密封环和滚珠保持环低压侧的侧面，优选凸出0.2～1mm。

本发明密封件套装在转子上，且在静子上设有容纳密封件的密封座，密封座的内径大于密封件的外径，且平均径向配合间隙大于平均密封间隙，以避免限制密封件的自由浮动。上述减摩滚珠凸出的部分与密封座接触，使主密封环和滚珠保持环低压侧保持与密封座的非接触状态，即轴向压差作用下若干减摩滚珠支撑着整个密封件。

优选的，所述密封件的高压侧还设有密封盖，密封盖套装在转子上并与密封座固定，共同形成相对封闭的容纳密封件的空腔。为了保证密封件浮动的灵活性，上述容纳密封件的环形空腔的轴向宽度大于密封件的轴向宽度。

一种利用气体压差作用实现浮动的自同心密封件的安装方法，安装时保证密封盖与密封座贴合面的间隙尽量小，必要时采用辅助密封手段，避免高压气体从上述贴合面处泄漏。为了尽量减少高压气体直接泄漏至低压侧，密封盖与密封件的配合面之间设置辅助密封环，优选的，辅助密封环为内开口的C型密封环。